Name: 物理学で最も奇妙な問題 | ショーン・キャロル (The weirdest problem in physics | Sean Carroll)
Uploaded: 2026-01-19T18:30:46.000Z
Duration: 50 min 19 s
Description: VoiceTubeの動画で発音を聞きながら英語表現を覚えよう！学べる英語：

Quantum mechanics is weird because despite the fact that we're celebrating its hundredth anniversary right now, we still don't understand it.

量子力学は奇妙です。今、その100周年を祝っているにもかかわらず、私たちはまだそれを理解していません。

What is really going on in this, our best, most important framework for doing fundamental physics?

基礎物理学を行うための、私たちの最も優れ、最も重要な枠組みであるこの中で、一体何が起こっているのでしょうか？

We understand, on the basis of quantum gravity, why the Earth moves around the sun or apples fall from trees.

量子重力の観点から、地球が太陽の周りを回ったり、リンゴが木から落ちたりする理由を理解しています。

But we don't understand what happens when gravity becomes strong, like in a black hole or near the Big Bang.

しかし、ブラックホールの中やビッグバンの近くのように、重力が強くなると何が起こるのかは理解していません。

So basically, nature uses every trick that it can think of to make physics work in interesting ways.

つまり、本質的に、自然は物理学が興味深い方法で機能するように、考えられるあらゆるトリックを使っています。

And it really does give physicists a sense of accomplishment at the end of the day, to figure it all out.

そして、結局のところ、それをすべて解き明かすことは、物理学者に達成感を与えてくれます。

私はショーン・キャロルです。

I'm a physicist and philosopher at Johns Hopkins University, host of the Mindscape podcast and also author of a bunch of books, most recently the Biggest Ideas in the Universe series, including Space, time and motion and quanta and fields.

私はジョンズ・ホプキンス大学の物理学者兼哲学者で、Mindscapeポッドキャストのホストであり、Space, time and motionやquanta and fieldsを含むBiggest Ideas in the Universeシリーズなど、多くの本の著者でもあります。

量子力学はどのように機能するのでしょうか？

I'd like to think if you were a physicist circa 1895, okay, the very end of the 19th century, you would have been forgiven for thinking that we were almost there.

もしあなたが1895年頃、そう、19世紀の終わり頃の物理学者だったとしたら、私たちはもうほとんどそこに到達したと考えても許されるだろうと思います。

We were almost having a complete theory of nature in our grasp because they had the idea of particles right.

粒子という考え方が正しかったので、自然の理論はほぼ完成に近づいていました。

You know, the idea of an atom was a little bit sketchy to a lot of physicists in the 1800s, but they eventually caught on and they were beginning to realize that atoms were made of other particles.

1800年代の多くの物理学者にとって、原子という考え方は少し曖昧でしたが、彼らは最終的に理解し、原子が他の粒子でできていることに気づき始めていました。

Protons, neutrons, electrons, and so forth.

陽子、中性子、電子などです。

And then the particles which make up matter are pushed around by fields, by the electric field, by the magnetic field, by the gravitational field, and so forth.

そして、物質を構成する粒子は、電場、磁場、重力場などによって動かされています。

So you have this sort of two part harmony.

このように、二部構成の調和があります。

Matter is made of particles, forces come from fields.

物質は粒子でできており、力は場から生じます。

And all the effort in the future of physics would be figuring out what are all the particles, what are all the fields.

そして、物理学の将来のすべての努力は、すべての粒子とすべての場が何であるかを解明することになるでしょう。

There were a couple of clouds on the horizon.

地平線にはいくつかの雲がありました。

そのうちの一つは相対性理論になりました。

The fact that the symmetries of Maxwell's theory of electromagnetism were different than the symmetries of Newton's theory of classical mechanics.

マクスウェルの電磁気学の対称性がニュートンの古典力学の対称性とは異なっていたという事実。

But the others were that there were certain properties of matter and materials that didn't quite seem to make sense.

しかし、他のものとしては、物質や材料には、うまく説明できない性質があるということでした。

ここからは歴史的な順序を無視します。

They were putting together the picture of the atom.

原子像がまとめられつつありました。

That is the cartoon you've always seen, right?

それは、皆さんがいつも見ているあのイラストですよね？

There's a little nucleus at the center of the atom and electrons are circling around it like planets orbiting a star.

原子の中央には小さな原子核があり、電子が惑星が恒星を周回するようにその周りを回っています。

This is called the Rutherford atom model, after Ernest Rutherford, who was a brilliant experimental and theoretical physicist.

これは、優秀な実験物理学者であり理論物理学者でもあったアーネスト・ラザフォードにちなんで、ラザフォード原子模型と呼ばれています。

そして、これは受け入れられていました。

And people liked the idea that electrons were kind of like little planets.

そして人々は、電子が小さな惑星のようなものであるという考えを気に入っていました。

But they instantly figured out it can't possibly be right because that electron orbiting the nucleus would give off electromagnetic waves.

しかし、電子が原子核の周りを回っていると電磁波を放出してしまうため、すぐにそれは正しくないということがわかりました。

動く荷電粒子は光を放出します。

All of the light you're looking at right now came from some electron in motion moving around.

今ご覧になっている光はすべて、動いている電子から発せられたものです。

So you can calculate, you can say if the electron is moving around in orbit around the atomic nucleus, if it gives off light, it will lose energy and spiral into the nucleus.

ですから、計算することができます。原子核の周りを軌道を描いて回っている電子が光を放出すると、エネルギーを失って原子核に落ち込んでしまう、と言うことができます。

それはどれくらいの時間がかかるのでしょうか？

And the answer is, every atom in the universe, including the ones in the chair you're sitting on or even in your own body, should collapse to a point in a hundredth of a billionth of a second.

そしてその答えは、皆さんが座っている椅子の中の原子や、ご自身の体の中の原子を含め、宇宙のすべての原子が、100億分の1秒で一点に崩壊してしまうはずだ、というものです。

明らかにそれは起こりません。

The idea that electrons are like little planets in the solar system is just wrong.

電子が太陽系の小さな惑星のようなものであるという考えは、間違っています。

And this and other things, black body radiation and other experimental results convinced people that there wasn't this clean division between particles and forces.

このことや、黒体放射などの実験結果が、粒子と力の間に明確な区別はないと人々を確信させたのです。

They said there's aspects of light which is supposed to be a wave, which are particle, like.

光には波のような性質と、粒子のような性質があると言われていました。

Einstein said that there are aspects of particles like electrons that are wavelength.

アインシュタインは、電子のような粒子の側面には波長があると言いました。

Louis de Broglie, following work by Niels Bohr and others, said that.

ニールス・ボーアらの研究に続いて、ルイ・ド・ブロイがそう言いました。

And this whole thing Coalesces almost exactly 100 years ago, in 1925, in the theory of quantum mechanics, and almost right at the same time, two different versions of it came out.

そしてこの全体が、ちょうど100年前の1925年に量子力学という理論としてまとまり、ほぼ同時期に2つの異なるバージョンが登場しました。

Werner Heisenberg had his version called matrix mechanics.

ヴェルナー・ハイゼンベルクは行列力学と呼ばれるバージョンを持っていました。

Erwin Schrodinger had his version called wave mechanics.

エルヴィン・シュレーディンガーは波動力学と呼ばれるバージョンを持っていました。

They showed that they were actually mathematically equivalent.

それらは数学的に等価であることを示しました。

But quantum mechanics, I like to say it was the second of two big ideas in the history of physics.

しかし量子力学は、物理学の歴史における2つの大きなアイデアの2番目だと私は言いたいのです。

The first big idea in physics was classical mechanics.

物理学における最初の大きなアイデアは古典力学でした。

Relativity is a pretty big idea, but not as big as classical mechanics or the second big idea, which is quantum mechanics.

相対性理論はかなり大きなアイデアですが、古典力学や2番目の大きなアイデアである量子力学ほどではありません。

Quantum mechanics throws away classical mechanics and replaces it with something very different.

量子力学は古典力学を捨て、全く異なるものに置き換えます。

It says that electrons are not particles or waves.

電子は粒子でも波でもないと述べています。

They act like waves until you look at them, and then they look like particles.

観測するまで波のように振る舞い、観測すると粒子のように見えるのです。

That is a very, very difficult thing to swallow.

それは非常に、非常に受け入れがたいことです。

And physicists are still trying to figure out what to make of it.

そして物理学者たちは、それをどう解釈すべきか今も模索しています。

It's so much fun reading the history of how these ideas developed, because today we're just taught the final result.

これらのアイデアがどのように発展したかの歴史を読むのはとても楽しいです。なぜなら、私たちは今日、最終的な結果だけを教えられるからです。

But, you know, they didn't know what was going on back in the early days.

しかし、初期の頃は何が起こっているのか、彼らには分からなかったのです。

In 1926, Erwin Schrodinger presents an equation for what we now call the wave function.

1926年、エルヴィン・シュレーディンガーは、現在波動関数と呼んでいるものの方程式を発表しました。

It's a dopey name for a very important idea.

それは非常に重要なアイデアにしては、間抜けな名前です。

ですから、あの小さな電子のことを考えてみてください。

Instead of orbiting in a circle, it's a wave.

円軌道を描くのではなく、波なのです。

It has a profile around the center of the atom.

原子の中心の周りにプロファイルを持っています。

そして、その方程式は非常にうまく機能します。

It's still the equation that we use today.

それは今日でも私たちが使っている方程式です。

But then you have to ask, okay, semi philosophical question, what is the wave function?

しかし、そこで「では、半ば哲学的な問いですが、波動関数とは何でしょうか？」と尋ねなければなりません。

それは私たちに何を伝えているのでしょうか？

And Schrodinger thought, well, okay, in some cases, electrons act like waves.

そしてシュレーディンガーは、そうですね、場合によっては電子は波のように振る舞うと考えました。

他の場合では、それらは粒子のように振る舞います。

Maybe the equation says that if you start with an electron wave all spread out, it will sort of localize itself near some point and it will look like a particle.

おそらく、この方程式は、広範囲に広がる電子波から始めると、ある一点の近くに局在し、粒子のようになると言っているのでしょう。

それは真実ではないことが判明しました。

The equations don't care about your feelings.

方程式はあなたの感情には関係ありません。

If you start out with a localized electron wave, it will spread out all over the place.

局在した電子波から始めると、それは至る所に広がっていきます。

So it was yet another physicist, Max Born, different than Niels Bohr, who pointed out the right way to think about Schrodinger's wave function.

そこで、ニールス・ボーアとは違う、マックス・ボルンという別の物理学者が、シュレーディンガーの波動関数について考える正しい方法を示しました。

He said, think about what happens when you measure a property of the electron, like its position, position or its velocity or whatever you want to measure.

彼は、電子の位置、位置、あるいは速度など、測定したい性質を測定したときに何が起こるかを考えてみてください、と言いました。

He says, what the wave function is doing is it's telling me the probability of getting a different measurement outcome.

波動関数は、異なる測定結果を得る確率を教えてくれているのです、と彼は言います。

In particular, if you want the math, you square the wave function.

特に、数学が必要な場合は、波動関数を二乗します。

That tells you the probability of seeing the electron somewhere.

それは、電子がどこかにいる確率を教えてくれます。

And this was just bizarre and crazy for all sorts of reasons.

そしてこれは、あらゆる種類の理由で、奇妙でクレイジーなことでした。

People didn't like the idea that probabilities were involved at all.

人々は、確率が関わるという考え自体を好みませんでした。

Of course, there's probabilities when you flip a coin, but that's just because you just don't know everything there is to know about the coin.

もちろん、コインを投げるときにも確率はありますが、それは単にコインについて知るべきすべてを知らないだけだからです、と彼は言います。

Since the time of Newton and Laplace, we thought that physics deep down was perfectly deterministic.

ニュートンやラプラスの時代から、物理学は根本的に完全に決定論的だと考えていました。

And here's Max Born saying, no, it's not.

そしてマックス・ボルンは、そうではないと言っているのです。

それは受け入れがたいことでした。

But the other thing that's difficult to swallow is, why in the world is the idea of measuring or observing something showing up in the fundamental laws of physics?

しかし、もう一つ受け入れがたいのは、なぜ測定したり観測したりするという考えが、基礎物理学の法則に現れるのかということです。

それはこれまで一度もなかったことです。

Of course, you have to think about measuring things and observing things.

もちろん、物事を測定したり観測したりすることを考えなければなりません。

But it was always imagined that if I measure the position of a planet or something like that, in principle, I can do that measurement completely benignly, without disturbing the system in any way at all.

しかし、惑星の位置などを測定する場合、原理的には、システムを一切妨害することなく、完全に穏便にその測定を行うことができると常に想像されていました。

And what Born is saying is that when you measure an electron, you instantly and dramatically change its wave function.

そしてボルンが言っているのは、電子を測定すると、その波動関数は即座に劇的に変化するということです。

And to tell me what the fundamental laws of physics are, according to what became known as the Copenhagen interpretation of quantum mechanics, after the city where Niels Bohr and Werner Heisenberg and others were doing their work, part of those fundamental laws are a set of rules that say, here's what's happened.

そして、量子力学のコペンハーゲン解釈として知られるようになったものによると、基礎物理学の法則とは、何が起こったかを伝える一連の規則の一部なのです。

What happens when you measure the properties of a system.

システムの性質を測定すると何が起こるのか。

So quantum mechanics is the only theory in the history of physics that has rules about measurement outcomes and has measurement playing an important role in what those laws are.

つまり、量子力学は、測定結果に関する規則を持ち、その法則において測定が重要な役割を果たす、物理学史上唯一の理論なのです。

And if you ask, well, what is a measurement?

そして、「測定とは何ですか？」と尋ねると、

何が測定とみなされるのでしょう？

ビデオカメラでも測定はできるのでしょうか？

The answer is, we're not going to tell you the answer to that.

その答えは、お教えできません。

We don't have an agreed upon set of criteria for when a measurement happens.

測定がいつ起こるのかについて、合意された基準はありません。

And this is known, cleverly as the measurement problem of quantum mechanics.

これは巧妙に、量子力学の測定問題として知られています。

There's various plausible resolutions to it, but we don't agree with on what the right one is.

それに対するもっともらしい解決策はいくつかありますが、どれが正しいかについては合意されていません。

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物理学で最も奇妙な問題 | ショーン・キャロル (The weirdest problem in physics | Sean Carroll)

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